如何实现低电压、新葡金低功耗的柔性高灵敏OFET压力传感器,实现了对微量固体化学物质在粉末样品的灵敏检测

来源:未知作者:产品展示 日期:2020/04/30 03:00 浏览:

摘要:   日本国家材料科学研究所的研究人员透露,晶体管制造技术的重大改进将很快成为现实,并投入使用,例如,被用来制造更加柔性,像纸一样薄的电脑屏幕。  科学家们回顾了光敏有机场效应晶体管研究的最新进展;包含有机半导体器件,放大微弱的电子信号,既能发射也能接受光线。  开发有机场效应晶体管(OFET)用来生产低成本,大面积电子器件,如打印设备或柔性电子器件。  这篇研究综述发表在国际权威期刊《先进材料科学与技术》上。  自从2003年首次出现后,有机发光场效应晶体管(LE-OFETs)的研究已经取得了很多进展。  这些领域的研究为创新的有机光子学应用带来了先进制造技术(使用成本效益方法)。这些晶体管的发光效率和亮度会很快得到提高。下一步的研究成果将是生产新的显示技术。  有机发光场效应晶体管(LE-OFETs)预计将会与成熟的电子技术完全兼容。这会让光纤通信系统和光电系统得到进一步的发展。  有机发光场效应晶体管(LE-OFETs)也将被用来开发柔性、透明的电脑屏幕。这些屏幕会提供更快的响应时间,更高的效率,且无需背光。它们的能源消耗量也很低。  光接收有机场效应晶体管(LR-OFETs)比有机发光场效应晶体管(LE-OFETs)的发展要慢的多。LR-OFETs将光转换为电信号,为新的光电子器件的发展打开了一扇门。  用于CD播放器的光敏三极管就是这样的设备。但如果想要有更加灵活的应用,它们的耐久性还需提高。  想要在各种塑料材质的电脑设备上进行应用,其他类型的光接收的OFET还需要更进一步的发展。  光接收有机场效应晶体管可以开启光子和电子设备的新领域。柔性显示器,其中所有的装置元件

日本国家材料科学研究所的研究人员透露,晶体管制造技术的重大改进将很快成为现实,并投入使用。他们估计,塑料制成的灵活、柔性的计算机设备出现在市场上还需要十年时间。

有机场效应晶体管是一类信号转换和信号放大功能优异的电子元器件,具有成本低、质量轻、柔性可折叠、可溶液加工等优点,在智能传感、生物医学检测、集成电路等领域具有广泛的应用前景。当前,如何实现低电压、低功耗的柔性高灵敏OFET压力传感器,对于发展人工电子皮肤、可穿戴设备等柔性电子器件具有重要意义。

对有害化学物质的检测在环境保护、食品安全、医疗卫生、工业生产以及国防军事等方面都至关重要,而对光、温度与压力的灵敏感知在人工智能、人机界面、智能机器人、人工电子皮肤、可穿戴设备等前沿科研领域也极其重要。基于场效应晶体管的传感器兼具传感与信号放大的功能,具有简单便携、高灵敏和高选择性等优势,并且部分有机半导体材料具有可以生物兼容和降解的潜力,因而有机晶体管传感器在上述科研与应用领域大有用武之地。

  • 诸如发光部件,转换部件,和基片 – 都已经能够使用塑料材料制造,并会在不久的将来出现在市场上。然而,类似的存储设备仍然缺乏。如果“塑料存储器”得到快速发展,那么它会打开一个新的领域。  研究人员发现,包含发光和光接收功能的晶体管性能还存在几个问题。他们正在探讨通过有机化学家和物理学家跨学科的合作来解决这些问题。他们估计,塑料制成的灵活、柔性的计算机设备出现在市场上还需要十年时间。 (来自:互联网)

日本国家材料科学研究所的研究人员透露,晶体管制造技术的重大改进将很快成为现实,并投入使用,例如,被用来制造更加柔性,像纸一样薄的电脑屏幕。

中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室郑庆东研究团队在国家杰出青年科学基金项目、国家自然科学基金国际合作项目、中科院战略性先导科技专项、中科院前沿科学重点研究项目和副研究员尹志刚主持的中科院“青年创新促进会”、海西研究院春苗人才项目等资助下,成功实现了低电压、高灵敏的柔性OFET压力传感器。针对有机介电材料的局限性,构筑了介电常数可调的二元聚合物本体复合介电薄膜,使得柔性OFET的工作电压大幅降低、电学性能显著提升,并实现优异的循环弯曲稳定性(Organic Electronics, 2018, 53, 205)。最近,该团队与香港理工大学张阿平课题组合作,针对聚电解质介电材料迟滞严重、漏电大等问题,基于溶液加工的界面工程策略成功设计了垂直相分离结构的聚甲基丙烯酸甲酯/聚丙烯酸有机复合介电层。利用该类新型双层复合介电薄膜的高电容、低漏电特性,有效抑制了迟滞现象,并大幅提升柔性OFET的迁移率、开关电流比等电学性质和操作稳定性。基于该类综合性能优良的介电薄膜,发展了高性能的浮栅结构柔性OFET压力传感器,成功实现-5 V低电压下高达56.15 kPa-1的灵敏度,器件响应时间快,且具有良好的柔性和弯曲稳定性。相关成果近期发表于《先进科学》(Advanced Science, 2018, DOI: 10.1002/advs.201701041),该研究为低成本、低功耗、高灵敏的柔性压力传感器及其电子器件的设计和实际应用提供了有益思路。

我校材料科学与工程学院黄佳教授在国家青年千人计划、上海市科委基础处重点研发课题和国家自然科学基金等项目的资助下,在有机晶体管传感器以及绿色、生物安全柔性电子器件方面取得了一系列的重要进展。部分研究成果发表于《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society)《先进材料》(Advanced Materials)《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)《ACS纳米》(ACS nano)以及《先进科学》(Advance Science)等高水平的国际著名期刊。

科学家们回顾了光敏有机场效应晶体管研究的最新进展;包含有机半导体器件,放大微弱的电子信号,既能发射也能接受光线。

此前,在光伏应用方面该团队设计并合成了系列p型聚合物给体材料、n型小分子受体材料以及电极界面层材料,研究了材料结构与器件光伏性能的构效关系,相关成果发表于Adv. Energy Mater. 2016, 6, 1501493;Adv. Sci.2016, 3, 1500362;Adv. Mater., 2016, 28, 3359;Nano Energy, 2017, 33, 313;Chem. Mater., 2017, 29, 7942;Chem. Mater., 2017, 29, 9775等刊物上。

课题组助理教授吴小晗博士近年来在国家自然科学基金项目以及上海市科委人才项目扬帆计划的资助下,发表SCI论文10余篇,部分成果以第一/共同通讯作者发表于《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)《先进科学》(Advance Science)以及《材料化学杂志A》(Journal of Materials Chemistry A)等高水平期刊。

开发有机场效应晶体管用来生产低成本,大面积电子器件,如打印设备或柔性电子器件。

论文链接

在有机晶体管化学传感器的研究发展过程中,对气体和液体的传感探测先后被实现,但是对固体粉末样品的快速直接检测一直未能实现。而对固体粉末中的有害化学物质的检测,例如对奶粉中的三聚氰胺的快速直接检测,具有较大的科学意义和应用价值。黄佳课题组设计制备了新型的基于肩并肩有机二极管结构的传感器,实现了对微量固体化学物质在粉末样品的灵敏检测,可以在接触样品后有效检测到固体粉末中含有的远低于我国食品安全标准的极低浓度的三聚氰胺。研究成果最近发表于化学领域国际顶级期刊《美国化学会志》[Journal of the American Chemical Society(2017) 139, 12366. 影响因子13.9]。